一维纳米颗粒链等离激元激光器微腔

本公开涉及激光、微纳系统、光子晶体，尤其涉及一种一维纳米颗粒链等离激元激光器微腔。

背景技术：

1、激光器自问世以来便处于飞速发展之中。目前，小型化、集成化是激光器的发展趋势。然而在激光器小型化的过程中，传统的光子模式激光器受到衍射极限的限制，难以在纳米尺度继续缩小，不能满足未来大规模光子集成技术的发展要求。因而表面等离激元模式激光器作为突破衍射极限问题的一种方法而得到发展。

2、表面等离激元激光器已在多种结构中实现。其中半导体-金属型纳米线结构因其结构简单，利于实现电泵浦的优点得到关注。纳米线激光器中的半导体纳米线既是激光器的增益介质，也是构成激光器必要的谐振腔。其工作过程为通过光泵浦在增益介质里产生激子，激子把能量转移给等离激元，在纳米线微腔中振荡放大。这种激光器可以将表面等离激元限制在纳米尺度的金属表面，从而极大地压缩了电磁场在空间上的分布尺度，构成远超衍射极限并具有超快动力学特性的纳米尺度相干光源。

3、然而由于半导体-金属型纳米线结构不存在绝缘介质层，导致损耗较高，使得激光器的性能仍有进一步的提升空间。为提升激光器的性能，需要改进激光器的微腔结构，以降低激光器的辐射损耗，提升q值。另外，传统半导体激光器还存在着阈值高、发散角大和量子转换效率低、单色性差等缺点。

技术实现思路

1、基于上述问题，本公开提供了一种一维纳米颗粒链等离激元激光器微腔，以缓解现有技术中上述技术问题。

2、(一)技术方案

3、本公开提供一种一维纳米颗粒链等离激元激光器微腔，包括：金属基板，为单晶金属制成；多个介质块，设置于所述金属基板表面，所述多个介质块高度相同且沿直线排列构成纳米颗粒链结构；通过改变所述多个介质块的设置参数以提高增益。

4、根据本公开实施例，所述金属基板表面平均粗糙度不高于0.8nm。

5、根据本公开实施例，所述介质块的形状为椭圆柱形。

6、根据本公开实施例，介质块的设置参数包括介质块的长度，介质块的宽度，介质块的高度，介质块的数量，相邻介质块的间距。

7、根据本公开实施例，纳米颗粒链结构包括中间渐变部分和中间渐变部分两侧的边缘周期部分。

8、根据本公开实施例，纳米颗粒链结构中介质块成对称分布，中间渐变部分中相邻介质块的间距由中心向两边逐渐增大，介质块的宽度由中心向两边逐渐增大。

9、根据本公开实施例，边缘周期部分中的介质块相同且间距设置相等。

10、根据本公开实施例，相邻介质块的间距取值范围为160nm～280nm。

11、根据本公开实施例，椭圆柱形介质块的高度取值范围为100nm～200nm，介质块的长度取值范围为120nm～200nm，以实现可见光与红外波长下纳米线中的单模传输；介质块的宽度取值范围为60nm～150nm。

12、根据本公开实施例，金属基板的制备材料选自金、银、铜、铝、镍，介质块的制备材料选自杂化有机-无机钙钛矿材料，介质块的数量取值范围为15～23。

13、(二)有益效果

14、从上述技术方案可以看出，本公开一维纳米颗粒链等离激元激光器微腔至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：

15、(1)能够突破衍射极限的限制，可以更好地实现激光器的小型化；

16、(2)可以有效提升微腔的品质因数，q值相对普通周期均匀介质块微腔提升了2～3倍；

17、(3)可以对特定光进行调控，有效实现选模功能；

18、(4)结构简单，且易于微纳加工实验工艺的实施；

19、(5)有利于等离激元激光器在半导体集成工艺中的应用，且具有更好的超快动力学特性。

技术特征：

1.一种一维纳米颗粒链等离激元激光器微腔，包括：

2.根据权利要求1所述的一维纳米颗粒链等离激元激光器微腔，所述金属基板表面平均粗糙度不高于0.8nm。

3.根据权利要求1所述的一维纳米颗粒链等离激元激光器微腔，所述介质块的形状为椭圆柱形。

4.根据权利要求3所述的一维纳米颗粒链等离激元激光器微腔，介质块的设置参数包括介质块的长度，介质块的宽度，介质块的高度，介质块的数量，相邻介质块的间距。

5.根据权利要求4所述的一维纳米颗粒链等离激元激光器微腔，纳米颗粒链结构包括中间渐变部分和中间渐变部分两侧的边缘周期部分。

6.根据权利要求5所述的一维纳米颗粒链等离激元激光器微腔，纳米颗粒链结构中介质块成对称分布，中间渐变部分中相邻介质块的间距由中心向两边逐渐增大，介质块的宽度由中心向两边逐渐增大。

7.根据权利要求5所述的一维纳米颗粒链等离激元激光器微腔，边缘周期部分中的介质块相同且间距设置相等。

8.根据权利要求4所述的一维纳米颗粒链等离激元激光器微腔，相邻介质块的间距取值范围为160nm～280nm。

9.根据权利要求4所述的一维纳米颗粒链等离激元激光器微腔，椭圆柱形介质块的高度取值范围为100nm～200nm，介质块的长度取值范围为120nm～200nm，以实现可见光与红外波长下纳米线中的单模传输；介质块的宽度取值范围为60nm～150nm。

10.根据权利要求1所述的一维纳米颗粒链等离激元激光器微腔，金属基板的制备材料选自金、银、铜、铝、镍，介质块的制备材料选自杂化有机-无机钙钛矿材料，介质块的数量取值范围为15～23。

技术总结
本公开提供一种一维纳米颗粒链等离激元激光器微腔，包括：金属基板，为单晶金属制成；多个介质块，设置于所述金属基板表面，所述多个介质块高度相同且沿直线排列构成纳米颗粒链结构；通过改变所述多个介质块的设置参数以提高增益。

技术研发人员：刘晶,康亚茹,彭轩然,李兆峰,颜伟,刘孔,王晓晖,毛旭,杨富华
受保护的技术使用者：中国科学院半导体研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13